單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)通過(guò)整合光電定位技術(shù)和微流控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了在芯片的納升級(jí)小室中，高通量地進(jìn)行基于單細(xì)胞的細(xì)胞生物學(xué)研究。

一、技術(shù)突破

現(xiàn)有單克隆細(xì)胞株開(kāi)發(fā)過(guò)程中的單細(xì)胞操作技術(shù)，比如有限稀釋法、流式分選儀等技術(shù)，雖然能夠得到單細(xì)胞，但是往往會(huì)損傷細(xì)胞，干擾細(xì)胞的正常狀態(tài)， 因此形成克隆的比例很低；還存在單克隆性不佳、觀測(cè)困難、時(shí)間長(zhǎng)、通量低、可塑性差等缺點(diǎn)，事倍功半。此外，僅僅得到單細(xì)胞遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，還有細(xì)胞培養(yǎng)、檢測(cè)、導(dǎo)出等流程需要合適的解決方案。如果使用非整合性的方案，常常會(huì)出現(xiàn)培養(yǎng)困難、難以分析、導(dǎo)出不易或重復(fù)性差等問(wèn)題，而抹殺了在前期取得單細(xì)胞的努力。

而 Beacon單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)可以從實(shí)驗(yàn)之初直接操作和培養(yǎng)單個(gè)目標(biāo)細(xì)胞， 結(jié)果可靠、效率高。此系統(tǒng)將光電定位技術(shù)（OptoElectroPositioning） 與新穎的納流控設(shè)計(jì)結(jié)合，不僅可以在一張芯片上精準(zhǔn)地對(duì)單細(xì)胞進(jìn)行挑選，還可以直接進(jìn)行培養(yǎng)、實(shí)時(shí)而不間斷地利用多個(gè)不同的通道，檢測(cè)細(xì)胞狀態(tài)、對(duì)單細(xì)胞或單克隆進(jìn)行多種實(shí)驗(yàn)，并根據(jù)實(shí)驗(yàn)時(shí)讀取的特定結(jié)果導(dǎo)出需要目標(biāo)細(xì)胞和目標(biāo)克隆。

其 4 個(gè)核心模塊 import, culture, assay, export 結(jié)合，流暢地完成了單克隆細(xì)胞株開(kāi)發(fā)所需的大部分流程，自動(dòng)化操作可以避免常規(guī)單克隆細(xì)胞株開(kāi)發(fā)過(guò)程中的人為因素干擾并增進(jìn)穩(wěn)定性及重復(fù)性，使最終結(jié)果更加科學(xué)可靠。

Beacon單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)目前可以直接無(wú)損操控單細(xì)胞、并進(jìn)行全自動(dòng)培養(yǎng)、檢測(cè)、克隆、導(dǎo)出和深入研究的綜合性系統(tǒng)，將大力提升研究人員的研究效果，將幫助本部門(mén)在單克隆細(xì)胞株開(kāi)發(fā)方面取得突破、節(jié)省時(shí)間、并做更多項(xiàng)目。

二、應(yīng)用領(lǐng)域

1、抗病毒中和抗體發(fā)現(xiàn)

目前獲得抗病毒中和抗體有三種策略：1，從康復(fù)病人血液中獲得；2，用病毒蛋白免疫小鼠通過(guò)通過(guò)抗體發(fā)現(xiàn)過(guò)程獲得；3，通過(guò)篩選人天然抗體庫(kù)獲得。其中通過(guò)第1種策略獲得的中和抗體效果好，耗時(shí)短。將從康復(fù)病人血液中富集的B細(xì)胞進(jìn)行單個(gè)B 細(xì)胞水平的篩選及測(cè)序，從而快速高效地獲得抗病毒中和抗體。單個(gè)B細(xì)胞抗體發(fā)現(xiàn)具有很多優(yōu)勢(shì)，成為抗體發(fā)現(xiàn)領(lǐng)域的熱門(mén)新方向，但受限于常規(guī)技術(shù)平臺(tái)難以實(shí)現(xiàn)單個(gè)B細(xì)胞的分離，篩選和回收。Beacon 單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)將單個(gè)B細(xì)胞導(dǎo)入到芯片中的納升級(jí)培養(yǎng)小室（NanoPen）中后，可平行檢測(cè)抗原特異性抗體的分泌，并進(jìn)行相關(guān)功能性驗(yàn)證，并針對(duì)性的導(dǎo)出目標(biāo)B細(xì)胞。配合下游的單細(xì)胞mRNA測(cè)序，可在兩天內(nèi)完成細(xì)胞表型篩選并得到相應(yīng)的抗體重輕鏈序列。相較于傳統(tǒng)的抗體制備技術(shù)， Beacon平臺(tái)具有細(xì)胞利用率高，回收效率高，支持人源化，重鏈和輕鏈序列信息配對(duì)等優(yōu)勢(shì)。

2、抗體工程

抗體藥物研發(fā)過(guò)程中，為使篩選后得到的抗體具有理想的結(jié)構(gòu)和活性，往往需要進(jìn)行多輪的改造和優(yōu)化。如通過(guò)基因工程的手段對(duì)抗體基因進(jìn)行加工改造、轉(zhuǎn)染到工程細(xì)胞重新裝配、并進(jìn)行功能篩選和分析，以便確認(rèn)該改造是否符合需求。傳統(tǒng)轉(zhuǎn)染后篩選需要數(shù)周時(shí)間，而Beacon 單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)僅需 3-5 天即可實(shí)現(xiàn)，極大地節(jié)省了抗體工程優(yōu)化流程的時(shí)間成本。

3、腫瘤免疫療法

在腫瘤免疫療法中，為了驗(yàn)證細(xì)胞的改造效率，優(yōu)化治療用細(xì)胞的劑量，業(yè)界一直在尋找一種可對(duì)改造后T淋巴細(xì)胞進(jìn)行高效篩選驗(yàn)證的技術(shù)手段。Beacon 單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)T淋巴細(xì)胞進(jìn)行特異性激活，并檢測(cè)特定細(xì)胞因子的分泌，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)T淋巴細(xì)胞的功能性篩選。篩選后導(dǎo)出T淋巴細(xì)胞，可配合下游的基因表達(dá)譜分析（gene profiling），T細(xì)胞受體測(cè)序（TCR sequencing），T 細(xì)胞受體改造（TCR engineering）等 手段，大幅提升篩選效率。

4、基因編輯

基因編輯技術(shù)是免疫學(xué)、細(xì)胞生物學(xué)等學(xué)科的重要研究手段，也是物種改良、疾病預(yù)防、治病治療等領(lǐng)域的重要途徑。常規(guī)基因編輯實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，在轉(zhuǎn)染后的篩選過(guò)程中，需要 1-2 個(gè)月進(jìn)行大量鋪板、利用成像或生化等手段進(jìn)行單克隆篩選和鑒定，而 Beacon 單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)僅需 5 天，即可在更大規(guī)模地全自動(dòng)地篩選所需的目標(biāo)克隆，即可提高實(shí)驗(yàn)效率、節(jié)省人力成本，也可得到更可靠詳實(shí)的實(shí)驗(yàn)成果。

5、細(xì)胞共培養(yǎng)研究

體外細(xì)胞共培養(yǎng)(cell co-culture)技術(shù)能模擬體內(nèi)生成的微環(huán)境,便于更好地觀察細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與培養(yǎng)環(huán)境之間的相互作用以及探討藥物的作用機(jī)制和可能的作用靶點(diǎn)。Beacon 單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)因其精準(zhǔn)的細(xì)胞操作和高通量，可以為體外細(xì)胞共培養(yǎng)提供更多研究手段，如細(xì)胞間的殺傷、吞噬、協(xié)同等實(shí)驗(yàn)策略。

6、細(xì)胞克隆和亞克隆

有限稀釋，流式分選等方法是細(xì)胞克隆的常見(jiàn)手段，在將細(xì)胞分到數(shù)十塊微孔板后，還需要人工通過(guò)顯微鏡逐個(gè)檢查是否為單細(xì)胞、通過(guò)成像系統(tǒng)來(lái)判斷或通過(guò)生化手段來(lái)鑒定，每輪需要 3-4 周，根據(jù)不同應(yīng)用單克隆性要求的不同，需要采用1至2輪的克隆步驟，整個(gè)過(guò)程極其繁瑣費(fèi)時(shí)，且誤操作可能性較大。而B(niǎo)eacon 單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)則可以在5天內(nèi)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)細(xì)胞克隆和回收，輕松獲得單克隆比例達(dá)99.5%的優(yōu)質(zhì)克隆。其全程配備圖像和影像記錄，并可以設(shè)計(jì)功能性驗(yàn)證環(huán)節(jié)。利用Beacon 單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)在芯片上同樣也可以進(jìn)行亞克隆，只需將芯片上特定NanoPen中單克隆的部分細(xì)胞分離導(dǎo)出，擴(kuò)大培養(yǎng)，便可輕松實(shí)現(xiàn)克隆與亞克隆的平行培養(yǎng)。

7、表型與基因型對(duì)應(yīng)

表型和基因型的對(duì)應(yīng)一直是免疫學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)研究的痛點(diǎn)之一，具有操作復(fù)雜、準(zhǔn)確度不高、需要耗費(fèi)大量人力物力等困難。而B(niǎo)eacon 單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)由于可以定制化定向?qū)С?，可以解決這個(gè)問(wèn)題。在完成對(duì)單克隆的表現(xiàn)檢測(cè)后，Beacon支持將特定克隆進(jìn)行定向?qū)С?，配合下游的基因測(cè)序數(shù)據(jù)，直接對(duì)接表型數(shù)據(jù)和基因型數(shù)據(jù)。同時(shí)，Beacon 單細(xì)胞光導(dǎo)系統(tǒng)也支持對(duì)于單克隆的亞克隆的導(dǎo)出，在對(duì)部分亞克隆進(jìn)行測(cè)序的同時(shí)，繼續(xù)培養(yǎng)原單克隆，并進(jìn)行更多的生化分析，極大的豐富了從同一單克隆樣品中可獲取的數(shù)據(jù)種類。

三、技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1、精準(zhǔn)無(wú)損的單細(xì)胞操作：可利用光電定位系統(tǒng)，同時(shí)輕松操作數(shù)千個(gè)單細(xì)胞，  并進(jìn)行平行的培養(yǎng)，分析等研究。

2、通量高：最多可同時(shí)運(yùn)行4張芯片，約50000個(gè)細(xì)胞。并支持多種芯片類型，靈活的滿足不同通量的實(shí)驗(yàn)需求。

3、全自動(dòng)：細(xì)胞導(dǎo)入，培養(yǎng)，克隆，亞克隆，檢測(cè)，篩選全部為自動(dòng)化流程，較大程度的避免了手工操作帶來(lái)的可能誤差或錯(cuò)誤。

4、軟件易用：觸摸屏操作，圖形化界面，實(shí)驗(yàn)流程設(shè)計(jì)靈活，直觀，易上手。

5、大幅節(jié)省時(shí)間：?jiǎn)蝹€(gè)B細(xì)胞抗體發(fā)現(xiàn)流程從常規(guī)3-6個(gè)月縮減至2天；克隆流程從常規(guī)2-3周縮減至約3天。

6、高靈敏度：常規(guī)單個(gè)細(xì)胞置于微孔板中，需要培養(yǎng)數(shù)周，達(dá)到一定密度后才能進(jìn)行分泌蛋白等指標(biāo)的檢測(cè)；而B(niǎo)eacon每個(gè)NanoPen體積僅有0.5-1 nl，單個(gè)細(xì)胞置于其中，密度等同于1E6 cell/ml，因此易于檢測(cè)，靈敏度高。